(57)【要約】【課題】ひずみゲージに接続するリード線間の浮遊容量及びその変化の影響を適正に排除し、精度の良いひずみ測定を行うことができる搬送波型３線式ひずみ測定システムを提供する。【解決手段】ひずみゲージ１を含むブリッジ回路１０において、ひずみゲージ１と第１リード線４ａから構成される第１辺１０ａにひずみゲージ１の端点１ｂを介して連接する第２辺１０ｂは、ひずみゲージ１の端点１ｂから順番に連接された抵抗体６と第２リード線４ｂとから構成される。抵抗体６は、ひずみゲージ１の近傍に配置されている。ブリッジ回路１０の第３辺１０ｃ及び第４辺１０ｄはそれぞれ抵抗体８，９から構成されている。【選択図】図２
2005147801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗式ひずみゲージの一端に接続された第１リード線と、他端に接続された第２リード線とを複数の固定抵抗値の抵抗体からなる抵抗回路に接続することにより、第１辺が該ひずみゲージ及び第１リード線から構成されると共に、その第１辺に前記ひずみゲージの他端を介して連接する第２辺が前記第２リード線及び固定抵抗値の抵抗体から構成され、且つ、これらの第１辺及び第２辺のそれぞれの対辺となる第３辺及び第４辺が固定抵抗値の抵抗体から構成されるブリッジ回路を形成し、このブリッジ回路の第１辺と第４辺との交点と、第２辺と第３辺との交点とを一対の電源入力部として該電源入力部に交流電源電圧を付与しつつ、前記第１辺と第２辺との交点としての前記ひずみゲージの他端と、前記第３辺と第４辺との交点とを一対の出力部として該出力部に発生する信号電圧を前記ひずみゲージの他端に前記第２リード線とは別に接続された第３リード線を用いて測定し、その測定した信号電圧からひずみゲージに生じたひずみを測定する搬送波型３線式ひずみ測定システムにおいて、
前記ブリッジ回路の第２辺を構成する抵抗体及び第２リード線のうちの該抵抗体を前記ひずみゲージの近傍に配置して、該抵抗体及び第２リード線をこの順番で前記ひずみゲージの他端から直列に連接し、該第２リード線の該抵抗体と反対側の端部を前記第３辺を構成する抵抗体に接続したことを特徴とする搬送波型３線式ひずみ測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗式ひずみゲージを含むブリッジ回路の電源として交流電源電圧を用いる搬送波型３線式ひずみ測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体に生じるひずみを抵抗式ひずみゲージ（ひずみに応じて抵抗値が変化するひずみゲージ）を用いて測定する場合、物体に貼着するひずみゲージの微小な抵抗値変化を検出するために、通常、複数の固定抵抗値の抵抗体からなる抵抗回路にひずみゲージを接続してブリッジ回路（詳しくはホイートストンブリッジ回路）を構成するようにしている。そして、このブリッジ回路に電源電圧を付与しつつ、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた信号電圧をブリッジ回路から出力させ、この信号電圧に基づいてひずみ測定を行うようにしている。
【０００３】
この場合、ブリッジ回路の電源電圧として、交流電圧を使用する搬送波型のひずみ測定システムが一般に知られている。この搬送波型のひずみ測定システムでは、前記ブリッジ回路から出力される信号電圧は、電源電圧と同一周波数の搬送波（キャリア）をひずみゲージの抵抗値変化に応じて振幅変調したものとなり、この信号電圧から、搬送波成分を除去することで、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた信号成分を得るようにしている。
【０００４】
一方、ひずみゲージを含むブリッジ回路の構成及びその出力の測定手法として、所謂３線式のものが知られている。この３線式の測定手法を図９を参照して説明する。図示のように、ひずみゲージＡの一端には、第１リード線ａ１が接続されると共に、他端には、第２及び第３リード線ａ２，ａ３の２本のリード線が接続される。これらのリード線ａ１〜ａ３は、通常はひずみゲージＡにあらかじめ結線されている。このひずみゲージＡと合わせてブリッジ回路Ｂを構成するための抵抗回路Ｃは、図示のように直列に接続された３個の固定抵抗値の抵抗体Ｄ２〜Ｄ４を備え、ひずみゲージＡの一端が前記第１リード線ａ１を介して抵抗体Ｄ４に接続されると共に、他端が第２リード線ａ２を介して抵抗体Ｄ２に接続される。これにより、ひずみゲージＡを第１〜第４辺（４つの辺）のうちの一つである第１辺ｂ１に含むブリッジ回路Ｂが構成される。
【０００５】
このブリッジ回路Ｂは、より詳しくは、その第１辺ｂ１がひずみゲージＡと第１リード線ａ１とから構成され、この第１辺ｂ１にひずみゲージＡの他端を介して隣接する第２辺ｂ２が前記第２リード線ａ２と抵抗体Ｄ２とから構成される。そして、第１辺ｂ１の対辺である第３辺ｂ３と、第２辺ｂ２の対辺である第４辺ｂ４とがそれぞれ抵抗体Ｄ３，Ｄ４から構成される。また、第１辺ｂ１と第４辺ｂ４との交点Ｉ１（第１リード線ａ１と抵抗体Ｄ４との接続点）と、第２辺ｂ２と第３辺ｂ３との交点Ｉ２（抵抗体Ｄ２と抵抗体Ｄ３との接続点）とがブリッジ回路Ｂの一対の電源入力部Ｉ１，Ｉ２（これらはブリッジ回路Ｂの一対の対角点である）とされ、この電源入力部Ｉ１，Ｉ２間に電源電圧ｅin（搬送波型のひずみ測定システムでは交流電圧）が付与される。また、第１辺ｂ１と第２辺ｂ２との交点Ｏ１（ひずみゲージＡの他端）と、第３辺ｂ３と第４辺ｂ４との交点Ｏ２（抵抗体Ｄ３と抵抗体Ｄ４との接続点）とがブリッジ回路Ｂの一対の出力部Ｏ１，Ｏ２（これらはブリッジ回路Ｂの他の一対の対角点である）とされ、この出力部Ｏ１，Ｏ２間に発生する電圧ｅoutが前記信号電圧として得られる。この場合、出力部Ｏ１の電位は、前記第３リード線を介して抽出される。
【０００６】
このような３線式のものは、第１リード線ａ１と第２リード線ａ２とが、それぞれブリッジ回路Ｂの異なる辺（第１辺ｂ１、第２辺ｂ２）に含まれることとなる。このため、第１リード線ａ１，ａ２の長さや材質、径を同一として、環境温度の変化による第１及び第２リード線ａ１，ａ２の抵抗値変化がほぼ同一となるようにしておけば、ブリッジ回路Ｂの出力電圧ｅoutは、第１及び第２リード線ａ１，ａ２の抵抗値変化の影響を受けないものとなる。このため、３線式のひずみ測定手法は、第１リード線ａ１，ａ２の長さが比較的長いものとなる場合に、第１及び第２リード線ａ１，ａ２の抵抗値変化の影響を排除し得る有用な手法として多くのひずみ測定で用いられている。
【０００７】
ところで、３線式のひずみ測定システムでは、前記第１〜第３リード線ａ１〜ａ３が比較的長いものとなる。特に、多数のひずみゲージを物体に貼り付けて多点ひずみ測定を行う場合には、各ひずみゲージを共通の抵抗回路に切り替え接続して、各測定点毎に順番にブリッジ回路を構成することが一般的であるので、各ひずみゲージに対応する第１〜第３リード線ａ１〜ａ３が長いものとなりやすい。そして、このような場合において、ブリッジ回路Ｂの電源として交流電源を用いる搬送波型のひずみ測定システムでは、ひずみゲージＡに接続されるリード線ａ１〜ａ３間に存在する浮遊容量が、ブリッジ回路Ｂの出力電圧ｅoutに影響を及ぼし、ひずみ測定の誤差要因となることが一般に知られている。例えば、ひずみゲージＡのひずみが生じていない状態でも、浮遊容量の影響によってブリッジ回路Ｂの不平衡（初期不平衡）を生じ、該ブリッジ回路Ｂの出力電圧ｅoutから測定されるひずみ値は０にならない。また、浮遊容量は環境温度等によって変化し、その結果、ひずみゲージのひずみが一定であっても、ブリッジ回路Ｂの出力電圧ｅoutが変化してしまう。従って、搬送波型のひずみ測定システムでは、上記浮遊容量の影響をできるだけ排除することが重要な課題となっている。
【０００８】
この場合、浮遊容量の影響を排除する手法としては、従来、例えば特公平２−１６４４１号公報（特許文献１）、あるいは特公平２−１６９６２号公報（特許文献２）に見られるものが知られている。
【０００９】
特許文献１に見られる技術は、ブリッジ回路の出力電圧の虚数成分（容量成分）に応じた電圧をブリッジ回路の一対の出力部のうちの一つに定容量コンデンサを介して帰還することで、浮遊容量によるブリッジ回路の初期不平衡を解消するようにしたものである。また、特許文献２に見られる技術は、ブリッジ回路の出力電圧の虚数成分（容量成分）に応じて、ブッリジ回路の初期不平衡による出力電圧の虚数成分（容量成分）および実数成分（抵抗成分）を打ち消すための打ち消し信号を生成し、それをブリッジ回路の出力電圧に重畳するようにしたものである。
【００１０】
しかしながら、これらの特許文献１，２に見られる技術は、ブリッジ回路の一辺にのみ、浮遊容量による容量成分が存在することを前提とするものである。このため、これらの技術を、特に３線式の搬送波型測定システムに適用しても、浮遊容量の影響を十分に排除することは困難である。なぜなら、３線式のひずみ測定システムでは、前記図９に示したように、ブリッジ回路Ｂの第１辺ｂ１と第２辺ｂ２とにそれぞれ第１リード線ａ１、第２リード線ａ２が組み込まれることとなるため、少なくともそれらの第１辺ａ１及び第２辺ａ２に浮遊容量による容量成分が組み込まれることとなる。従って、ブリッジ回路Ｂの一辺のみに容量成分が存在することを前提とする前記特許文献１，２の技術では、浮遊容量の影響を十分に排除することは困難であった。
【特許文献１】特公平２−１６４４１号公報
【特許文献２】特公平２−１６９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、搬送波型３線式ひずみ測定システムにおいて、ひずみゲージに接続するリード線間の浮遊容量及びその変化の影響を適正に排除し、精度の良いひずみ測定を行うことができるひずみ測定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のひずみ測定システムは、抵抗式ひずみゲージの一端に接続された第１リード線と、他端に接続された第２リード線とを複数の固定抵抗値の抵抗体からなる抵抗回路に接続することにより、第１辺が該ひずみゲージ及び第１リード線から構成されると共に、その第１辺に前記ひずみゲージの他端を介して連接する第２辺が前記第２リード線及び固定抵抗値の抵抗体から構成され、且つ、これらの第１辺及び第２辺のそれぞれの対辺となる第３辺及び第４辺が固定抵抗値の抵抗体から構成されるブリッジ回路を形成し、このブリッジ回路の第１辺と第４辺との交点と、第２辺と第３辺との交点とを一対の電源入力部として該電源入力部に交流電源電圧を付与しつつ、前記第１辺と第２辺との交点としての前記ひずみゲージの他端と、前記第３辺と第４辺との交点とを一対の出力部として該出力部に発生する信号電圧を前記ひずみゲージの他端に前記第２リード線とは別に接続された第３リード線を用いて測定し、その測定した信号電圧からひずみゲージに生じたひずみを測定する搬送波型３線式ひずみ測定システムにおいて、前記ブリッジ回路の第２辺を構成する抵抗体及び第２リード線のうちの該抵抗体を前記ひずみゲージの近傍に配置して、該抵抗体及び第２リード線をこの順番で前記ひずみゲージの他端から直列に連接し、該第２リード線の該抵抗体と反対側の端部を前記第３辺を構成する抵抗体に接続したことを特徴とするものである。
【００１３】
詳細は後述するが、搬送波型３線式ひずみ測定システムにおいて、前記第１〜第３リード線の間の浮遊容量の影響を好適に排除するためには、ブリッジ回路の第１〜第４辺のうち、前記第１リード線及び第２リード線が組み込まれる辺、すなわち第１辺及び第４辺の容量成分（浮遊容量によってこれらの辺に等価的に組み込まれる容量成分（より詳しくは、これらの辺のそれぞれの抵抗値成分に対して並列な等価容量として表される容量成分））が等しくなるようにすればよい。
【００１４】
ここで、本発明によれば、ブリッジ回路の第２辺を構成する抵抗体及び第２リード線のうちの抵抗体がひずみゲージの近傍に配置される。そして、該抵抗体及び第２リード線が、この順番で該ひずみゲージの他端から直列に連接され、さらに、該第２リード線の、該抵抗体と反対側の端部がブリッジ回路の第３辺を構成する抵抗体に接続される。すなわち、より厳密に言えば、ひずみゲージの他端に、ブリッジ回路の第２辺の構成要素である抵抗体の一端が接続され、この抵抗体の他端に第２リード線の一端が接続され、該第２リード線の他端が、ブリッジ回路の第３辺を構成する抵抗体の一端に接続される。なお、この場合、別の言い方をすれば、第２リード線は、第２辺の構成要素である抵抗体を介してひずみゲージに接続されることとなる。また、第２リード線の、該抵抗体と反対側の端部は、ブリッジ回路の第２辺と第３辺との交点に相当するものとなる。
【００１５】
このような接続構成によれば、ブリッジ回路の第１辺及び第４辺の容量成分をほぼ等しくすることが可能となる。なお、この場合において、第１〜第３リード線は、その長さはほぼ等しいことが好適であり、また、それらの第１〜第３リード線を互いに沿わせるようにして（束になるようにして）配線することが好適である。
【００１６】
このように、本発明によれば、第１リード線及び第２リード線が組み込まれるブリッジ回路の第１辺及び第４辺の容量成分（第１〜第３リード線間の浮遊容量による容量成分）をほぼ等しくすることができることから、その浮遊容量やその変化の影響をほとんど受けない信号電圧をブリッジ回路から出力することが可能となる。従って、ひずみゲージに接続するリード線間の浮遊容量及びその変化の影響を適正に排除し、精度の良いひずみ測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の搬送波型３線式ひずみ測定システムの一実施形態を以下に図１〜図８を参照して説明する。図１は、本実施形態のひずみ測定システムの全体構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態のひずみ測定システムは、ひずみゲージ１（抵抗式ひずみゲージ）と、ブリッジボックス２と、測定器３とを備えている。ひずみゲージ１とブリッジボックス２とはケーブル４を介して接続され、ブリッジボックス２と測定器３とはケーブル５を介して接続されている。
【００１８】
ケーブル４は、第１〜第３の３本のリード線４ａ，４ｂ，４ｃを有しており、これらを互いに沿わせつつ、図示しないカバーチューブやバンド部材等により束ねたものである。第１リード線４ａ及び第３リード線４ｃは、それぞれひずみゲージ１の一端１ａ、他端１ｂにあらかじめ半田付けなどにより接続されている。また、ひずみゲージ１の他端１ｂには、第３リード線４ｃと共に、固定抵抗値の抵抗体６があらかじめ半田付けなどにより接続されており、この抵抗体６のひずみゲージ１側と反対側の端部に第２リード線４ｂが半田付けなどにより接続されている。従って、抵抗体６及び第２リード線４ｂは、この順番で、ひずみゲージ１の他端１ｂから直列に連接されている。この場合、抵抗体６は、ひずみゲージ１の近傍（ひずみゲージ１と抵抗体６との間の距離が第１〜第３リード線４ａ，４ｂ，４ｃ長さに比して十分に小さくなるような位置）に配置されている。そして、第１〜第３リード線４ａ，４ｂ，４ｃは、ほぼ同一の長さとされるとともに、その材質および径も互いに同一とされている。また、これらの第１〜第３リード線４ａ，４ｂ，４ｃのひずみゲージ１と反対側の端部は、ブリッジボックス２に設けられた接続端子２ａ，２ｂ，２ｃに各々接続されている。
【００１９】
なお、抵抗体６としては、通常的な抵抗素子を用いればよいことはもちろんであるが、ひずみゲージ１とは別のひずみゲージを用いてもよい。
【００２０】
ブリッジボックス２は、前記ひずみゲージ１及び抵抗体６と併せてブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路。詳細は後述する）を構成するための抵抗回路７を内臓していると共に、該ブリッジ回路に与える電源電圧（交流電圧）ｅinを外部から導入するための一対の電源入力端子２ｄ，２ｅと、該ブリッジ回路の出力（信号電圧）ｅoutを外部に出力するための一対の出力端子２ｆ，２ｇとを備えている。
【００２１】
この場合、図示のように、第３リード線４ｃを接続する接続端子２ｃは、ブリッジボックス２の内部で出力端子２ｆに同電位に導通されている。また、第２リード線４ｂを接続する接続端子２ｂ及び第１リード線４ａを接続する接続端子２ａはそれぞれ、ブリッジボックス２の内部で電源入力端子２ｄ，２ｅに同電位に導通されている。
【００２２】
前記抵抗回路７は、接続端子２ｂと２ａとの間に直列に接続された一対の固定抵抗値の抵抗体８，９からなり、これらの抵抗体８，９の中点がスイッチボックス２の内部で前記出力端子２ｇに同電位に導通されている。
【００２３】
なお、上記したブリッジボックス２の端子同士の導通や、抵抗回路７に関する導通・接続は、例えば図示しない回路基板の回路パターンによってなされている。また、前記抵抗体６，８，９の抵抗値は、ひずみゲージ１の公称抵抗値（ひずみゲージ１のひずみを生じていない状態での抵抗値）と同一とされている。
【００２４】
以上のようなひずみゲージ１とブリッジボックス２との接続構成並びに該ブリッジボックス２の構成によって、回路構成上は、図２に示すようなブリッジ回路１０が構成されることとなる。このブリッジ回路１０では、その４つの辺のうちの第１辺１０ａ（図の左上の辺）がひずみゲージ１と第１リード線４ａとから構成され、この第１辺１０ａにひずみゲージ１の他端１ｂを介して連接する第２辺１０ｂ（図の右上の辺）が抵抗体６と第２リード線４ｂとから構成される。また、第１辺１０ａの対辺である第３辺１０ｃ（図の右下の辺）と、第２辺１０ｂの対辺である第４辺１０ｄ（図の左下の辺）とがそれぞれ抵抗体８，９により構成される。
【００２５】
そして、第１辺１０ａと第４辺１０ｄとの交点としての接続端子２ａと、第２辺１０ｂと第３辺１０ｃの交点としての接続端子２ｂとがブリッジ回路１０の一対の電源入力部Ｉ１，Ｉ２となり、これらの電源入力部Ｉ１，Ｉ２にブリッジボックス２の電源入力端子２ｅ，２ｄを介して交流電源電圧ｅinが付与されることとなる。さらに、第１辺１０ａと第２辺１０ｂとの交点としてのひずみゲージ１の他端１ｂと、第３辺１０ｃと第４辺１０ｄとの交点としての抵抗体８，９の中点とがブリッジ回路１０の一対の出力部Ｏ１，Ｏ２となり、これらの出力部Ｏ１，Ｏ２から、ブリッジボックス２の出力端子２ｆ，２ｇを介してブリッジ回路１０の出力（信号電圧）ｅoutが取り出されることとなる。この場合、ひずみゲージ１の他端１ｂの電位は、第３リード線４ｃ、接続端子２ｃを介して出力端子２ｆに抽出される。
【００２６】
図１の説明に戻って、前記ケーブル５は、一対の電源供給線５ａ，５ｂと一対の信号線５ｃ，５ｄとを図示しないカバーチューブやバンド部材等により束ねて構成されており、電源供給線５ａ，５ｂをそれぞれブリッジボックス２の電源入力端子２ｄ，２ｅに接続すると共に、信号線５ｃ，５ｄをそれぞれブリッジボックス２の出力端子２ｆ，２ｇに接続している。なお、ケーブル５は、電源供給線５ａ，５ｂと、信号線５ｃ，５ｄとで各別に備えてもよい。
【００２７】
前記測定器３は、ケーブル５の電源供給線５ａ，５ｂ及び信号線５ｃ，５ｄの、ブリッジボックス２側と反対側の端部をそれぞれ接続する接続端子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを備えると共に、接続端子３ａ，３ｂ間に、前記ブリッジ回路１０に付与すべき所定周波数（例えば５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ）の交流電源電圧ｅinを発生する交流電源部１１と、接続端子３ｃ，３ｄから入力されるブリッジ回路１０の出力ｅoutからひずみ測定処理（ひずみ測定値を求める処理）を行うひずみ測定処理部１２とを内臓している。
【００２８】
この場合、ひずみ測定処理部１２は、ブリッジ回路１０の出力ｅoutから、交流電源電圧ｅinと同相の成分（実数成分）を検波し、その同相成分から交流電源電圧ｅinと同一周波数の成分を除去してなる信号成分（ひずみゲージ１の抵抗値変化に応じた信号成分）を基に、ひずみ測定値を求めるようにしている。このようなひずみ測定処理部１２の回路構成は、公知のものでよいので、ここではこれ以上の説明を省略する。
【００２９】
なお、本実施形態では、ブリッジボックス２と測定器３とが別体に構成されたものを例示したが、それらが一体に構成されていてもよい。その場合には、ケーブル５は不要である。
【００３０】
次に、本実施形態のひずみ測定システムの作動を説明する。本実施形態では、前記した構成によって、図３に示すように前記第１〜第３リード線４ａ〜４ｃが並列して延在している。このため、第１リード線４ａと第３リード線４ｃとの間、並びに、第２リード線４ｂと第３リード線４ｃとの間に、それぞれ参照符号Ｃｘ、Ｃｙで代表的に示すように浮遊容量が存在することとなる。この場合、前記ブリッジ回路１０は、等価的に図４に示すブリッジ回路１０’で表される。すなわち、ブリッジ回路１０は、第１辺１０ａ’が、抵抗体１３と前記浮遊容量Ｃｘに対応する容量成分１４との並列回路から構成され、第２辺１０ｂ’が抵抗体１５と前記浮遊容量Ｃｙに対応する容量成分１６との並列回路から構成され、さらに、第３辺１０ｃ’及び第４辺１０ｄ’がそれぞれ前記抵抗体８，９から構成されるブリッジ回路１０’とほぼ等価になる。ここで、ブリッジ回路１０’（以下、等価ブリッジ回路１０’という）の第１〜第４辺１０ａ’〜１０ｄ’は、それぞれブリッジ回路１０の第１〜第４辺１０ａ〜１０ｄに相当する辺である。また、この等価ブリッジ回路１０’の第１辺１０ａ’の抵抗体１３は、ひずみゲージ１と第１リード線４ａとの合成抵抗値を有する抵抗体であり、第２辺１０ｂ’の抵抗体１５は、前記抵抗体６と第２リード線４ｂとの合成抵抗値を有する抵抗体である。
【００３１】
なお、前記図３における第１リード線４ａと第２リード線４ｂとの間にも浮遊容量が存在するが、それに対応する容量成分は、図４の等価ブリッジ回路１０’では、電源入力部Ｉ１，Ｉ２間に介装されることとなる。このため、その容量成分は、等価ブリッジ回路１０’の出力ｅout（これはブリッジ回路１０の出力にほぼ等しい）に影響を及ぼさないと考えてよい。従って、その容量成分は図４では省略している。
【００３２】
また、厳密には、第３辺１０ｃ’の抵抗体８と並列な容量成分、並びに第４辺１０ｄ’の抵抗体９と並列な容量成分も存在する。但し、これらの容量成分の値は、第１辺１０ａ’及び第２辺１０ｂ’の容量成分１４，１６に比して十分に小さく、また、第３辺１０ｃ’と第４辺１０ｄ’とで互いにほぼ同一の値になると考えてよい。従って、第３辺１０ｃ’及び第４辺１０ｄ’の容量成分は、これらの辺の交点であるブリッジ回路１０’の出力部Ｏ２の電位、ひいては、ブリッジ回路１０’の出力ｅoutにほとんど影響を及ぼさないと考えてよい。このため、これらの容量成分も図４では省略している。補足すると、出力部Ｏ２の電位は、電源電圧ｅinの１／２に維持されることとなる。
【００３３】
上記等価ブリッジ回路１０’において、その電源入力部Ｉ１，Ｉ２に交流電源電圧ｅinを付与したときの、出力ｅoutのうち、ひずみ測定のための基本信号となる、交流電源電圧ｅinと同相の成分ｅoutR（ｅoutの実部成分。以下、実出力成分ｅoutRという）は、前記抵抗体１３，１５の抵抗値、並びに容量成分１４，１６の容量値をＲ１，Ｒ２，Ｃ１，Ｃ２としたとき、次式（１）により与えられる。
【００３４】
【数１】
2005147801.tif 000003
ここで、この式（１）の大括弧［  ］内の第１項に関し、ひずみゲージ１のひずみが生じていない初期状態ではＲ１＝Ｒ２であるので、上記第１項は、容量成分１４，１６の容量値Ｃ１，Ｃ２によらずに、上記初期状態では０になる。すなわち、第１項は、等価ブリッジ回路１０’のゼロ点（あるいは初期不平衡）には影響を及ぼさない。該第１項は、主に、ひずみゲージ１の抵抗値変化（Ｒ１の変化）に対する実出力成分ｅoutRの変化の度合い、すなわち感度に影響する項である。但し、容量成分１４，１６の容量値Ｃ１，Ｃ２の総和が例えば１０００ｐＦ〜１００００ｐＦの範囲で変化しても、上記第１項による等価ブリッジ回路１０’の実出力成分ｅoutRの変化は微小である。実際、交流電源電圧ｅinの周波数を例えば１０ｋＨｚ、ひずみゲージ１の抵抗値（公称抵抗値）を１２０Ωとしたとき、容量値Ｃ１，Ｃ２の総和が例えば１０００ｐＦ〜１００００ｐＦの範囲で変化しても、第１項による実出力成分ｅoutRの変化は、０．５％以下であり、実用上、無視しても支障が無い程度である。従って、第１項に関しては、容量値Ｃ１，Ｃ２の変化は、ブリッジ回路１０を用いたひずみ測定値の精度にほとんど影響を及ぼさないと考えてよい。
【００３５】
一方、式（１）の大括弧［  ］内の第２項は、容量成分１４，１６の容量値Ｃ１，Ｃ２が等しければ、０となるが、等しくない場合には、０にならない。つまり、第２項は、主に、等価ブリッジ回路１０’のゼロ点（あるいは初期不平衡）に影響を及ぼすものとなる。また、容量値Ｃ１，Ｃ２の総和が変化すると、第２項による実出力成分ｅoutRの変化の度合いは、第１項よりも大きなものとなりやすい。
【００３６】
従って、容量値Ｃ１，Ｃ２あるいはその変化による等価ブリッジ回路１０’の実出力成分ｅoutRへの影響、ひいては、ブリッジ回路１０の出力ｅoutによるひずみ測定への影響をできるだけ小さくする上では、式（１）の大括弧［  ］内の第２項が極力小さくなるようにすることが望ましい。そして、このためには、第１辺１０ａ’の容量成分１４の容量値Ｃ１と第２辺１０ｂ’の容量成分１６の容量値Ｃ２とができるだけ等しくなるようにすることが望ましい。
【００３７】
この場合、本実施形態のひずみ測定システムでは、前記したように、容量成分１４，１６の元となる浮遊容量を発生する第１〜第３リード線４ａ〜４ｃは、互いに沿わせて配線され、また、それらの長さがほぼ同一とされると共に、それらの材質及び径も同一とされている。このため、前記容量成分１４，１６の容量値Ｃ１，Ｃ２はほぼ等しいものとなる。また、環境温度の変化等によるこれらの容量値Ｃ１，Ｃ２の変化は同じように生じるので、環境温度が変化しても、それらの容量値Ｃ１，Ｃ２はほぼ等しいものに維持される。
【００３８】
従って、前記式（１）の大括弧［  ］内の第２項は、常に、ほぼ０に維持されることとなる。この結果、第１〜第３リード線４ａ〜４ｃ間の浮遊容量に起因する前記容量成分１４，１６の容量値Ｃ１，Ｃ２やその変化は、等価ブリッジ回路１０’の実出力成分ｅoutR、ひいては、ブリッジ回路１０の出力ｅoutのうち、実際のひずみ測定のために用いる実部成分にほとんど影響を及ぼさないこととなる。この結果、本実施形態のひずみ測定システムによれば、第１〜第３リード線４ａ〜４ｃ間の浮遊容量の影響を受けることなく、精度よくひずみ測定を行うことができる。
【００３９】
図５〜図８は、本実施形態の実施例に係る測定データと比較例に係る測定データとをそれぞれ実線、破線で例示するグラフである。これらの図５〜８の実施例は、いずれも本実施形態のひずみ測定システム（図１のシステム）において、ひずみゲージ１のひずみが生じていない状態で、環境温度（前記ケーブル４の雰囲気温度）を３種類の温度０℃、２５℃、５０℃に維持して、ひずみ測定を行ったときのひずみ測定値のデータを示すものである。また、図５〜図８の比較例は、いずれも、ひずみゲージとブリッジボックスとの接続構成（ブリッジ回路へのひずみゲージの組み込み構成）を前記図９に示した従来の構成と同一とし、これ以外の構成を本実施形態と同一としたひずみ測定システムにおいて、上記実施例と同じ温度条件で、ひずみ測定を行ったときのひずみ測定値のデータを示すものである。なお、図５〜図８の横軸は環境温度、縦軸は環境温度が２５℃であるときのひずみ測定値を基準（０）とした、ひずみ測定値の相対値（２５℃のときのひずみ測定値からの変化量）である。
【００４０】
この場合、図５の実施例では、交流電源電圧ｅinの周波数を５ｋＨｚとし、前記第１〜第３リード線４ａ〜４ｃの径（導線部の径）を０．１８mmとしている。図５の比較例も同様である。また、図６の実施例では、交流電源電圧ｅinの周波数を５ｋＨｚとし、前記第１〜第３リード線４ａ〜４ｃの径（導線部の径）を０．５mmとしている。図６の比較例も同様である。また、図７の実施例では、交流電源電圧ｅinの周波数を２０ｋＨｚとし、前記第１〜第３リード線４ａ〜４ｃの径（導線部の径）を０．１８mmとしている。図７の比較例も同様である。また、図８の実施例では、交流電源電圧ｅinの周波数を２０ｋＨｚとし、前記第１〜第３リード線４ａ〜４ｃの径（導線部の径）を０．５mmとしている。図８の比較例も同様である。
【００４１】
なお、いずれの実施例においても第１〜第３リード線４ａ〜４ｃの長さ（ケーブル４の長さ）は２０ｍとしており、これは比較例についても同様である。
【００４２】
図５〜図８から明らかなように、本実施形態に係る実施例では、環境温度０℃、５０℃であるときのひずみ測定値は、２５℃のときのひずみ測定値とほぼ同一になっており、環境温度の影響をほとんど受けないものとなっている。このことから、環境温度の変化によって第１〜第３リード線４ａ〜４ｃ間の浮遊容量が変化しても、それは、ひずみ測定にほとんど影響を及ぼさないことが判る。しかも、この効果は、交流電源電圧ｅinの周波数や、
第１〜第３リード線４ａ〜４ｃの径にも依存しない。
【００４３】
これに対して、従来技術に係る比較例では、環境温度が異なると、ひずみ測定値が実施例に比べて大きく変化する。特にその傾向は、交流電源電圧ｅinの周波数が高い場合（２０ｋＨｚの場合）に顕著となり、また、リード線の径が小さい場合（０．１８ｍｍの場合）に顕著となる。
【００４４】
このことから、本実施形態は、第１〜第３リード線４ａ〜４ｃ間の浮遊容量の影響を好適に排除できるものとなっていることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の搬送波型３線式ひずみ測定システムの一実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図２】図１のシステムで構成されるブリッジ回路を示す図。
【図３】図１のシステムにおけるリード線間に存在する浮遊容量の説明図。
【図４】図２のブリッジ回路の等価回路を示す回路図。
【図５】図１の実施形態におけるひずみ測定値の実施例と従来構成のひずみ測定システムによるひずみ測定値の比較例を示すグラフ。
【図６】図１の実施形態におけるひずみ測定値の実施例と従来構成のひずみ測定システムによるひずみ測定値の比較例を示すグラフ。
【図７】図１の実施形態におけるひずみ測定値の実施例と従来構成のひずみ測定システムによるひずみ測定値の比較例を示すグラフ。
【図８】図１の実施形態におけるひずみ測定値の実施例と従来構成のひずみ測定システムによるひずみ測定値の比較例を示すグラフ。
【図９】従来の３線式ひずみ測定システムにおけるブリッジ回路を示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１…ひずみゲージ、４ａ…第１リード線、４ｂ…第２リード線、４ｃ…第３リード線、６…第２辺の抵抗体、７…抵抗回路、８…第３辺の抵抗体、９…第４辺の抵抗体、１０…ブリッジ回路、１０ａ〜１０ｄ…ブリッジ回路の辺、Ｉ１，Ｉ２…電源入力部、Ｏ１，Ｏ２…出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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